J. Kolář - Biologické rytmy a fotoperiodizmus rostlin 5: Experimenty testující selekční výhody cirkadiánních rytmů

Zvyšuje cirkadiánní rytmicita fitness organizmů? adaptivní význam cirkadiánní rytmicity se zdá být v řadě případů evidentní (viz minulá přednáška), nicméně je nutno ho testovat experimentálně! lze testovat přímo fitness (tj. reprodukční úspěšnost jedinců), nebo její nepřímé indikátory - růstovou rychlost, délku života aj. experimentální přístupy: kultivace v T-cyklech s různou délkou periody, využití mutantů se změněnou endogenní periodou nebo arytmických značná část mutantů s narušenými rytmy vcelku normálně přežívá v laboratoři; ovšem adaptivní výhoda cirkadiánní rytmicity se může ukázat v přirozenějších podmínkách - například při kompetici o zdroje

Adaptivní význam cirkadiánní rytmicity u sinice Synechococcus sledován divoký typ a mutantní kmeny s různě dlouhou endogenní periodou rychlost růstu jednotlivých kmenů v čisté kultuře se výrazně nelišila Ouyang et al. 1998

Adaptivní význam cirkadiánní rytmicity u sinice Synechococcus rozdíly ve fitness se projeví až při kompetici: ve směsné kultuře dvou kmenů vždy převládne ten, jehož endogenní perioda je bližší délce použitého T-cyklu; na stálém světle ovšem mohou kmeny dlouhodobě koexistovat důvodem horší fitness u sinic s periodou příliš odlišnou od délky T-cyklu je pravděpodobně nevhodná fáze endogenních rytmů vzhledem ke střídání světla a tmy pro organizmy je tedy patrně důležité mít cirkadiánní rytmy vhodně rezonující s vnější denní periodicitou Ouyang et al. 1998

Adaptivní význam cirkadiánní rytmicity u sinice Synechococcus Woelfle et al zjištění z následné studie: cirkadiánní rytmicita poskytuje selekční výhodu pouze v rytmickém prostředí. Na stálém světle ne, naopak může své nositele mírně znevýhodňovat

Adaptivní význam cirkadiánní rytmicity u vyšších rostlin několik parametrů vegetativního růstu různých genotypů Arabidopsis má optimum v T-cyklu s délkou nejbližší jejich endogenní periodě v kompetici dvou genotypů podobné výsledky jako u sinic, ale efekt méně výrazný Dodd et al ztl-1: perioda 27,1 - 32,5 h toc1-1: perioda 20,7 h CCA1-ox: arytmické

Adaptivní význam cirkadiánní rytmicity u vyšších rostlin: evoluční experiment „simulovaná selekce/evoluce“ Jaká endogenní perioda bude selektována v různých T-cyklech? Yerushalmi et al. 2011

Adaptivní význam cirkadiánní rytmicity u vyšších rostlin: evoluční experiment selekce mění endogenní periodu, amplitudu a zastoupení arytmických rostlin v populaci při silnější kompetici je zřejmě výhodné mít cirkadiánní oscilátor, ale na jeho endogenní periodě už nezáleží tolik jako v podmínkách slabší kompetice Yerushalmi et al nízká hustota rostlin vysoká hustota rostlin